自动涂胶机机械系统设计》机械工程专业论文设计

自动涂胶机机械系统设计摘 要近年来，随着生产和技术的发展，机电一体化有了非常大的发展,自动涂胶机在我国机械设备的装配与维修中得到了广泛的应用，这不仅提高了劳动生产率，同时也节省了能源和材料。尤其是在汽车行业，对汽车零部件的结合面有一定的密封性要求,其结合面都需要涂胶，涂胶的精度对于汽车的性能至关重要，自然的对自动涂胶机提出了更高的要求。以往涂胶都是靠工人的手工来完成，涂胶效率极低，而且很难保证涂胶的均匀性和胶体的厚度。自动涂胶机既能保证涂胶的均匀性而又能有效的节省材料，从而大大提高了工作效率和工作质量，减少工人的劳动强度。因此针对不同的工作需要,自动涂胶机可以采用框架式机器人或多自由度机器人来对结合面进行涂胶，同时，这项技术的应用也意味着，每天给国家企业带来巨大的经济效益。采用自动涂胶机可以快速准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品质量，降低生产成本。关键词：密封；涂胶；框架式机器人；自动涂胶机Abstract In recent years, with the development of production and technology, electromechanical integration has made great development, automatic glue machine in the assembly and maintenance of mechanical equipment has been widely used, not only raised the labor productivity, but also save the energy and materials. The car industry, in particular, to auto parts joint sealing requirements to a certain extent, the joint surface need glue, glue the accuracy on the performance of the car is essential, natural puts forward higher requirements on automatic glue machine. Before coating is done rely on manual workers in, coating efficiency is extremely low, and it is difficult to guarantee the uniformity of coating and the thickness of the colloid.Automatic glue machine both can guarantee the uniformity of coating and can effectively save materials, greatly improving the work efficiency and work quality, reduce the labor intensity of workers. Therefore in accordance with the need of different jobs, automatic glue machine frame type robot or more degrees of freedom robot can be used to implement the joint surface for coating, at the same time, the application of this technology means that every day to the state enterprise to bring the huge economic benefits. Adopts automatic glue machine can be done quick, accurate, economic, clean coating process, improve product quality, reduce production costs.Key words：Tight；gluing；Frame type robot；Automatic glue machine44目 录摘要IAbstractII第1章 绪论1第2章 自动涂胶机的总体结构设计32.1 设计任务和内容32.2 设计要求32.3 自动涂胶机方案的拟订32.4 技术参数42.5 本章小结6第3章 自动涂胶机机械部分设计73.1步进电机的选择73.1.1 Z相电机校核83.1.2 X、Y向电机校核93.2变速齿轮的设计103.2.1传动齿轮传动系统的设计103.2.2几何尺寸的计算103.3滚动导轨的选择113.3.1 X向滚动直线导轨副的选取113.3.2滚动体的尺寸和数量113.3.3滚动导轨的长度123.3.4额定寿命计算123.3.5滚动直线导轨动载荷计算133.3.6接触强度计算143.3.7 Y向导轨的选取153.4 滚珠丝杠副的选择153.4.1滚珠丝杠副的特点153.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择163.4.3滚珠丝杠副的安装163.4.4滚珠丝杠副的保护173.4.5滚珠丝杠副的主要参数173.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算173.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选183.4.8 Z向丝杠的选取223.4.9滚动轴承寿命校核223.5 本章小结24第4章 自动涂胶机辅助设计254.1工件的夹具设计254.1.1确定定位方案,设计定位元件264.1.2自动夹紧机构的选取264.1.3 夹紧机构的设计274.1.4定位误差分析计算304.1.5 气动夹紧机构的计算314.2供胶系统中对胶棒夹具的设计334.3涂胶弯臂的螺栓强度校核：344.4 本章小结35第5章 硬件及接口电路的设计365.1概述365.2控制系统的基本硬件组成365.3 PLC的控制电路组成介绍365.4驱动电路的设计375.5 传感器的选择及与PLC接线说明395.5.1 光电传感器的选择395.5.2 压力传感器的选择395.5.3 传感器和PLC的接线说明405.6 本章小结40结 论41参考文献42致 谢43第1章 绪论1.1课题背景及意义随着粘接材料、粘接剂施工技术的发展，很多产品生产工艺发生了变革，就以汽车为例，大多数机械固定的零件和装饰件已被改为粘接工艺，例如汽车的车灯罩、内饰件、扬声器等装配，新工艺的采用很好的提高了产品的质量。由于粘接技术的推广，手工涂胶劳动力密集，劳动率低，涂胶质量不稳定的问题愈加突出，尤其是在某些要求严格的场合，传统手工涂胶很难达到要求，而在竞争愈演愈烈的今天，人们对性能和质量的要求越来越高，在实际生产中，我们仅有一小部分工作需要采用姿态灵活的机器人完成，很大一部分工作则完全采用专用的自动化机械，专用自动化设备投资少、效率高，往往能给企业带来较大利益回报，自动涂胶机便是基于这种分析而研制开发的。自动涂胶机是针对大型零件平面自动涂胶的专用设备，广泛适用于摩托车、汽车、工程农机及相关零部件生产领域的平面密封和曲面空间密封粘接。例如，大型柴油机油底壳或多种工件在一台机器上进行自动涂胶作业、汽车前后风窗玻璃涂胶粘接等。采用自动涂胶机可以快速、准确、经济、清洁地完成涂胶工艺，提高产品的质量，降低了生产成本。随着数控技术、机电行业的不断发展及对机器性能的高要求，自动涂胶机一定会有着更广泛的应用前景。1.2国内外发展现状目前，国外自动涂胶机的发展较快，尤其是在欧洲发达国家，美国、日本等国家，经过上百年的发展已经有了一套较为完整的体系。无论是自动化、精度化还是质量、经济成本上面都达到了领先水平,国外的生产商各自推出了自主的涂胶机，如日本的安川机器人、莫托曼机器人、美国ABB机器人等。本次设计的目标是设计一台自动涂胶的设备（轴承座与减速器间的密封圈）使它能在实现日常工作的基础上，尽量让机械结构合理的简化，降低成本。此机构采用由步进电机作为驱动装置,X、Y轴联动可合成各种平面的各种曲线。保证系统可靠性及涂胶精度的前提下尽量降低造价,提高性能及价格比。第2章 自动涂胶机的总体结构设计2.1 设计任务和内容设计一台自动涂胶机，对汽车密封圈进行自动涂胶，利用步进电机进行驱动控制，保证涂胶的范围、速度和均匀性。1、机械系统设计包括机械结构设计和各种标准件的选取。2、自动涂胶机的控制系统设计包括硬件系统和软件系统设计。3、硬件系统设计就是用单片机及驱动电路来控制X向、Y向、Z向电机的正常工作。4、软件系统设计就是控制程序设计，利用MCS-51单片机控制，采用汇编语言进行程序设计。2.2 设计要求 机械部分要考虑整体布局，工作行程要能满足要求，传动装置要平稳且准确，还要兼顾速度，另外需考虑经济性，该设备要求成本低，尽量选用标准件，减少额外的工作量。设备的使用寿命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小时，载荷持续率为90%，需要批量生产。电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向以达到设计要求。执行程序要考虑到不同拐点处涂胶量问题，可通过改变X、Y向运动速度调节也可单一Z向运动调节，以保证涂胶均匀，此次设计采用后者方式，原因是一个电机工作方式比较好控制。2.3 自动涂胶机方案的拟订用步进电机来控制丝杠的传动不但有可逆行性能灵活的正反运行，速度均匀，稳定性好；定位精度高和重复定位精度高；而且可以根据零件的形状设计编程涂胶轨迹可以是曲面。故在最终的设计中采用了步进电机带动丝杠的传动方式。 X轴 电机 涂胶 轨迹伺服系统 Y轴 电机机械部分电路部分涂胶量 Z轴步进 电机图2.1 总体方案图电路部分主要是芯片的选取和电路的扩展连接，及三个电机控制电路的设计。由于涂胶属于轻载荷工作。对电机功率要求不是太高，所以采用步进电机。设计电路控制电机的运转和方向 以达到设计要求。电气部分由步进电机 、增量编码器7、I/O接口线路板、各种检测传感器等组成。2.4 技术参数 采用奔日硅橡胶平面密封胶。主要用途： 1、用于电器设备的密封，如汽车、摩托车、内燃机零件结合面、变压器及通用机械、电器设备的部件平面密封。 2、用于太阳能电池组件边框的密封，电池组件线盒的粘接及太阳能灯具密封。可以完全有效的保护晶片不被污染、氧化。具有卓越的耐紫外线、防雨水脏物、冰雹冲击等方面的性能。主要特性型号 T5601 外观 白色、细腻、均匀膏状物密度（ g/cm2 ） 1.33挤出性ml/min 200250弹性恢复率 94拉伸模量（MPa） 0.9拉伸强度（MPa） 1.7延伸率（） 400工作温度（度） 54210全固时间（h） 24 设计中轴承座的外型尺寸图2.2 sn305型号轴承座。经查表a=185mm,w=90mm,b=52mm,u=15mm.第3章 自动涂胶机机械部分设计3.1步进电机的选择步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相角位移或线位移的控制电机。其转子运动仅与电信号的频率有关，每转一周，都有固定的步数。在不丢步的情况下运行，其步距角误差不会长期积累，因此，它适合于在数字控制系统中作为驱动微电机使用，具有系统简单，运行可靠等明显优点，广泛应用于机床的数字程序控制及其数字控制系统中。步进电动机的种类繁多，按其电磁转矩的产生原理，可分为三大类：反应式（磁阻式）步进电动机；永磁式步进电动机；混合式（永磁感应子式）步进电动机。根据脉冲当量和最大静转矩初选步进电机的型号，并从步进电机技术参数表中查到步距角，两种不同脉冲分配方式对应有两种步距角。初选电机型号时应合理选择及i，并满足： （3.1）根据上述要求，选择：Z向选择:55BF003 脉冲当量=0.008 I=1.0 X向Y向:70BF003表3.1 Z向55BF003电机的参数步 距角相数电压相 电流最大静转矩最高空载启动频率质量外径长度轴径1.5/3324V3A0.686Nm1800HZ0.83Kg55mm70mm6mm因为此设计是对汽车轴承座与减速器间密封圈进行自动涂胶，要保证涂胶的范围、速度和均匀性，所以每次出胶的量不是很多，所以挤胶力不是很大，故选用步距角为1.50/步，扭矩偏小点的便可以满足要求，经过计算，挤胶的力度一般在1N25N之间，选用保持转距为0.686Nm的55BF003型步进电机，便可以满足扭矩要求，所以选择55BF003型号的步进电机，就能满足设计的要求。表3.2 X向Y向70BF003电机参数步距角相数电压相 电流最大静转矩最高空载启动频率质量外径长度轴径1.5/3324V3A0.392Nm1600HZ1.2Kg75mm65mm8mm3.1.1 Z相电机校核步进电机的最大静转矩Mjmax与步进电机名义启动转矩Mmq的关系:即：Mmq=Mjmax=0.8660.686=0.594 N/cm步进电机的空载启动是指电机在没有外加工作负载情况下的启动。步进电机所需的空载启动力矩可按下式计算： Mkg=Mka+Mkf+M0 （3.2） Mkg空载启动力矩 ；Mka空载启动时部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩（N.CM）；Mkf空载时折算到电机轴上的摩擦力矩（N.CM）；M0 由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩。初选电机型号时应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩即：MkqMmq=Mjmax =Mkq/Mjmax=0.866 （三相六拍）加速力矩 （3.3）=0.6170.121440/602=0.0465(Ncm)J 传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量（kg.cm2）； 电机最大角加速度（rad/s2）；nmax 运动部件最大快进速度对应的电机最大转速（r/min）； t 运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间（s）； vmax运动部件最大快进速度（mm/min）；p脉冲当量（mm/脉冲）；b步进电机的步距角。空载摩擦力矩： （3.4）=300.10.2/20.81=0.119(Ncm) G运动部件的总重力（N）；f导轨摩擦系数；i齿数传动降速比；传动系数总效率； 取=0.7-0.85L0滚珠丝杠的基本导程（cm）。附加摩擦力矩: （3.5）=0.2(1-0.95)/20.81=0.016(Ncm) FYJ滚珠丝杠预加载荷即预紧力 一般取Fm的1/3；Fm 为进给牵引力（N）；为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般取00.9；所以MkgMmq 符合要求。3.1.2 X、Y向电机校核X向电机与Y向电机的校核与Z向原理基本相同，设计中只简单的对其进行校核。Mmq=Mjmax=0.8660.392=0.3395 N/cm （3.6）=300.10.3/20.84=0.036(Ncm) i =4 （3.7）=0.3(1-0.95)/20.84=0.079(Ncm)Mmq=0.3395Mkf+M0=0.115 故符合设计要求.3.2变速齿轮的设计自动涂胶机要求传动效率高、传动比稳定，以保证涂胶的均匀性和稳定性。 齿轮传动具备这些特点且结构紧凑、工作可靠、寿命长故选用齿轮传动副来达到一定的降速比要求。由于齿轮在制造过程中不可能达到理想齿面的要求，总是存在着一定的误差，因此一对啮合着的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。3.2.1传动齿轮传动系统的设计 自动涂胶机采用一级传动齿轮变速，可增大传动的扭矩和平稳性.传动比为i=720/200=3.6 压力角=18小齿轮：Z1=18大齿轮：Z2=65 齿数互为质数由于小齿轮作悬臂布置故： d=0.6小齿轮的齿宽 b=dd1=0.624=14.4 mm模数：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5齿高：h=2.25m=3.375mm3.2.2几何尺寸的计算（1）计算大、小齿轮分度圆直径： d1=Z1m=181.5=27mmd2=Z2m=651.5=97.5mm（2）计算中心距： a=（d1+d2）/2=62.25mm（3）计算齿轮宽度： b=dd1=0.627=16.2mm圆整后取B1=16mm B2=21mm。3.3滚动导轨的选择因为滚动导轨的最大优点是摩擦因数小,动静摩擦因数差很小,因此,运动轻便灵活,运动所需功率小,摩擦发热少,磨损小,精度保持性好,低速运动平稳性好,传动精度和定位精度高.滚动导轨还具有润滑简单13.3.3.1 X向滚动直线导轨副的选取滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、反向器、保持架、密封端盖及挡板等组成的。当导轨与滑块相对运动时，钢球沿着导轨上的经过淬硬的滚道滚动，在滑块端部钢球又通过反向器进入反向孔再进入滚道，钢球就是这样周而复始地进行滚动运动，反向器两端都装有防尘密封端盖。基于滚动直线导轨副以下的优点：1.导向精度2精度保持性3低速运动平稳性。4结构简单、工艺性好，要便于加工、装配、调整和维修。在设计中由于导轨承受的载荷力小故选用了此导轨。导轨结构紧凑，制造容易，成本较低。导轨用淬硬钢制成，淬硬至60-62HRC。3.3.2滚动体的尺寸和数量 增大滚动体直径,可减少摩擦阻力和接触应力,不易产生滑动。一般选取滚珠直径6-8mm.设计中选用滚珠导轨,滚珠直径选8mm。滚动体数量应根据强度、刚度等条件选取,每条导轨上一般不少于12-16个,因滚动体太少时,制造误差将显著地影响运动部件的位置精度。反之若滚动体过多,则增加了负载在滚动体上分布的不均匀性,使刚度反而下降,合理的滚动体数目Z,按下式选取：Z=18.15 （3.8）所以选取19个。Z滚珠的数目；W每条导轨上所承载的重力(N)； 设计中导轨的承载重力为50*9.8=490N。d滚珠直径(mm)。3.3.3滚动导轨的长度滚动导轨中的滚动体和保持架随着导轨移动，但它的移动速度只是动导轨移动速度的一半。在图中3.1，滚动体与保持架的长度LC：图3.1 滚珠导轨LG=Ld+式中 Ld动导轨长度； l动导轨的行程长度。支承导轨长度L= LG+，这种形式可保证在动导轨移动到两端极限位置时，滚动体刚好移动到支承导轨的边缘，因而使动导轨在全长上始终与滚动体相接触，滚动导轨的刚性好。但是，此种导轨由于有的保持架中的滚子始终露在外面，因此必须加强导轨的防护。3.3.4额定寿命计算当行程长度一定时，由以h为单位的寿命时间的计算公式得： （3.9）式中 LH寿命时间（h），取15000h。 L额定寿命（km）； LA行程长度，取300mm。 N2每分钟往复次数，取4次。L=2000km3.3.5滚动直线导轨动载荷计算滚动直线导轨副额定寿命的计算与滚动轴承基本相同。由此公式得动载荷计算：L= P=Fmax （3.10）式中 L额定寿命（km）； Ca额定动载荷（KN）； P当量动载荷（KN）； Fmax受力最大的滑块所受的载荷（KN）； 指数，当滚动体为滚珠时，3。 K额定寿命单位（km），滚珠时，K50km。 硬度系数 由于产品技术要求规定，滚道硬度不得低于58HRC，故通常可取1。 温度系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-45得 工作温度1000C时1。 接触系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-46得 每跟导轨上滑块数为2时，0.81。 精度系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-47得 等级为2时取1。 载荷系数，经查新版机械设计手册 第2卷表9.3-48得 无明显冲击或振动的中速运动场合 取1.5-2。Ca= （3.11）3.2KN根据动载荷选取GGB16AA2P12*500-4型四方等载荷滚动直线导轨副。 图3.2 滚动导轨结构尺寸图表3.3 滚动导轨结构尺寸数据型 号HWL1L2L3DhdM1T1KH1GGB16AA2415.55840.5307.55.34.5M51119.415查表知单根导轨最大长度Lmax为500mm,额定动载荷为6.07KN,额定静载荷为6.8KN。3.3.6接触强度计算滚动导轨接触强度计算主要是判别受力最大的滚动体处导轨的接触应力是否超过允许值。如果一条导轨上承受一个作用在导轨面重心上的力F和力矩M,则受力最大的滚动体上的载荷为:Fmax=(1+) （3.12）=(1+)=103.6NZ一条导轨上的滚动体数目；L滚动体有效工作长度。在Fmax作用下，滚动体与导轨接触面上的接触应力为，对滚珠钢导轨：max=4.58108 （3.13）=4.581082.75=1.36109Pad滚珠直径；Fmax受力最大的滚动体上的载荷；max滚动体上的接触应力，应小于允许值，即max，为滚动体的许用应力。对于滚珠淬火钢（HRC60-62）的滚动体的许用应力=1.8109Pa。根据计算结果得，设计中选取的数据合理满足要求。3.3.7 Y向导轨的选取由于Y向导轨所承受的载荷比X向导轨的要小的多故可选用与X向相同的导轨，同样满足传动要求。3.4 滚珠丝杠副的选择在丝杠与螺母旋合螺旋槽之间放置适当数量的滚珠作为中间传动体，借助滚珠返回通道，当丝杠或螺母转动时，推动滚珠沿着滚道导珠管（或圆形返向器）滚道不断的循环，从而实现周而复始的滚动运动。因此，滚动丝杠副的运动机理，就是以滚动摩擦代替滑动摩擦。3.4.1滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副具有许多与滚动轴承相似的特征。与滑动丝杠副或液压缸传动相比，有以下主要特点21： （1）传动效率高 滚珠丝杠副的传动效率高达86%-98%，是滑动丝杠副的2-4倍。 （2）运动平稳 滚珠丝杠副在工作过程中摩擦阻力较小，灵敏度较高，而且摩擦系数基本与运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩的差别非常小，所以滚珠丝杠副运动平稳，启动无颤动，低速无爬行。 （3）传动可逆性 与滑动丝杠副相比，滚动丝杠副突出的特点是具有运动的可逆性。滚珠丝杆副具有运动的可逆性，但没有像滑动丝杠副那样运动具有自锁性。（4）可以预紧 通过对螺母施加预紧力能够消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向刚度，但摩擦力矩增加却不大。3.4.2滚珠丝杠螺母副类型选择滚珠丝杠副的类别主要从三个方面考虑：循环方式、循环列数和圈数、预紧方式。钢珠在丝杠与螺母之间滚动是一个循环闭路。为了消除间隙和提高滚珠丝杠的刚度，可以预加载荷，是它在过盈的条件下工作，称为预紧。预紧后的刚度可提高大批为无预紧时的二倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杠在出厂时，就已经由制造厂调好预加载荷，并且预加载荷往往与丝杠副的饿额定动载有一定的比例关系常用的滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预紧。设计中选用了双螺母螺纹式预紧.3.4.3滚珠丝杠副的安装滚珠丝杠副所承受的是轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此滚珠丝杠副的轴向精度和刚度要求较高。此外滚珠丝杠副的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。设计中滚珠丝杆的两端布置结构形式如图3-3：图3.3 滚珠丝杠副的安装此形式是两端固定，两端均装有轴承固定，并经调整预紧。这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式要高约4倍无压杠稳定性问题，固有频率比一端固定的高，可预拉伸。3.4.4滚珠丝杠副的保护滚珠丝杠副如果在滚道上落入了藏物，或使用不净的润滑油，不仅会防碍滚珠的正常运转，而且使磨损急剧增加。因此有效地防护密封和保持润滑油的清洁显得十分必要。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩的一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。3.4.5滚珠丝杠副的主要参数（1）公称直径 公称直径即滚珠丝杠的名义直径，越大，承载能力和刚度越大。（2）基本导程（螺距） 丝杠相对于螺母旋转rad时，螺母的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量的要求有关。（3）精度等级 滚珠丝杠副按其使用范围及要求分为7个等级，即1，2，3，4，5，7，及10七个精度等级，1级等级最高，其余依次减低，一般选用4级7级，数控机床及精密机械可选用2级3级。滚珠丝杠副的精度直接影响定位精度、承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的主要质量指标，选用时要予以注意。3.4.6滚珠丝杠螺母副的设计计算由设计的尺寸和材质选取可计算出Y向传动滚珠丝杠要带动重量为1009.8=980N的重物做水平直线进给运动，则平均工作载荷Fm=1/3Mg=980/3=326N。丝杠工作长度L=150mm。平均转速nm=200r/min,使用寿命Lh=15000h。3.4.7最大动负载C的计算及主要尺寸初选（1）初算导程Phvmax丝杠副最大移动速度，取8102/min；nmax丝杠副最大相对速度r/min，取200r/min。滚珠丝杠副导程为Phvmax/ nmax （3.14）=800/200 =4（2）当最动载荷Fm滚珠丝杠最大轴向为Fa500；FW载荷性质系数，取为1；摩擦系数，取为0.04。滚珠丝杠最大载荷为Fmax=FWFa+fG (3.15) =1500+0.0459.8 =501.96N滚珠丝杠最小载荷为摩擦为；Fmin fG0.0459.81.96N Fm =1/3（2 Fmax + Fmin） (3.16) =1/3（2501.96+1.96）=335.29N（3）额定动载荷计算CamCam= (3.17)=1175(300/4) 1/3/(0.90.21) 6763.28FW载荷性质系数，取为I；FA精度系数，取为0.9；FC可靠性系数，取为0.21；FE预加载荷系数，取为4.5。附加载荷为Cam=FEFMAX (3.18)=4.5501.96=2258.28N取Cam与Cam中较大者为预期值Cam=2258.28N(4)估算滚珠丝杠允许最大轴向变形m m=(1/31/4)重复定位精度 (3.19) =1/30.045 =0.015umm（1/41/5）定位精度 (3.20) =（1/4）0.07 =0.0175um取m与m中较小值为m值m0.015um(5)估算滚珠丝杠副径d2mF0导轨摩擦为，F0uoG=0.0459.81.96NL滚珠丝杠两轴承支点间距离为1.1行程+（1014）Phd2m= (3.21) =0.039 =8.66mm 两端固定或铰支时,支撑方式系数，取为0.039。(6)确定滚珠丝杠副规格代号按上述估算的Ph,Cam及d2m值从机械设计手册表12-1-30表12-1-33中，选出合适的规格代号及有关安装，联接尺寸，并使d2d2m,CaCam,但不宜过大，以免增加起动惯量几何结构尺寸得丝杠副数据：公称直径：d0=27.5导程：P4螺旋角：入2055、滚珠直径：Dw=3.2丝杠底径：d2=25额定动载荷：Ca=6763.28N选择与之接近的2004-3型号的滚珠丝杠副进行校核，此丝杠副有关数据为：公称直径：d0=25导程：P4螺旋角：2055滚珠直径：Dn=3.175丝杠底径：d2= 24.5额定动载荷：Ca=9610N(7)其它尺寸由尺寸公求计算滚道半径：R0.52Dw=0.523.175=1.651偏心距： e=0.07(R-Dw/2)=0.07(1.651-3.175/2)=0.004445丝杠内径： d1=d0+2e-2R =(25+20.004445-21.651)= 21.71(8)稳定性验算由于一端轴向固定的丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算，其安全系数s,其值应大于丝杠副传动机构允许安全系数S,查表S=2.53.3临界载荷Fcr(N)按下式计算: (3.22)(E=206GP，l=290mm，) Ia为丝杠危险载面的轴惯性矩（m4）=m则安全系数S S故丝杠安全不会失稳。 (9)共振验算要求nmaxncrncr为临界转速 ncr=9910 （3.23） 查表知临界转数系数fc=3.927; =2则ncr足够大，故不会发生共振。（10）刚度验算滚珠丝杠在工作负载F和转矩T共同作用下引起的每个导程变形量l（m）为 （3.24）丝杠载面积A1/4;丝杠极惯性矩Jc;G为丝杠切变模量对于钢取G83.3GPa； T为转矩TFmtan(+ （3.25）取摩擦系数tan0.0025得T335.2910-3tan（4022+8040”）0.968N.m按最不利的情况取（其中FFm） （3.26） um则线杠在工作长度的弹性变形所引起的导程误差为 （3.27）通常要求0.01515m该丝杠的满足上式，所以刚度满足要求。（11）效率验算滚珠丝杠副的传动效率为 （3.28）要求在90%95%之间，所以该丝杠副合格。故型号2004-3的滚珠丝杠副各项性能均符合要求。3.4.8 Z向丝杠的选取由于Z轴控制出胶的量的多少，且需要考虑突然断电的情况，突然断电需保证胶棒不漏胶。所以Z轴需要具有自锁功能。所以我选择了丝杠螺母传动系统。使其保证系统的稳定性。丝杠螺母的设计与自锁验算：丝杠螺母的螺距p为4mm 公称直径d2为18mm螺母的高度： H=d2=2.5 取2.5 整体式旋合圈数： n=H/P=45/4=11.2512螺纹的工作高度： h=0.5P=0.54=2螺牙根部宽度： b=0.65P=0.65工作比压 ： P=F/0.0024MP自锁的验算： 导程角： 所以丝杠螺母可以自锁。丝杠螺母的效率计算：3.4.9滚动轴承寿命校核轴承额定寿命为=15000h图3.4 滚动轴承受力情况由力分析可知： =370/420=300370/420=261.2N=- =300-261.2=38.8N求两轴承的计算轴向力 和 ：=0.4 =0.4261.2=104.48N=0.4 =0.438.8=15.52N按机械设计教材式13-11得：= = 300+15.52=315.52N= =15.52N= + =300+104.48=404.48N= =104.48N取其中较大者，则=315.52N，=404.48N。由机械设计教材表13-5进行插值计算，得e=0.47，e=0.43求轴承当量动载荷和：因为 / =315.52/261.2=1.21e / =104.48/38.8=2.69 e对于轴承1 =0.44, =1.19对于轴承2 =0.44, =1.30因轴承运转中有中等冲击载荷，按机械设计表13-6, =1.21.8，取=1.2,则： = (+ ) s （3.29） = 1.2(0.44261.2+1.19315.52) = 588N = (+ ) (3.30) =1.2(0.4438.8+1.30104.48) =183N验算轴承寿命： 因为， , 所以按轴承1的受力大小验算 =10/60n(C/) (3.31) =10/60100(4610/588) =79092 所以该轴承寿命满足要求，可以选用。第4章 自动涂胶机辅助设计4.1工件的夹具设计要求对工件进行定位夹紧设计。在对工件的夹具设计中我采用了以下两种方案：铰链杆的夹紧机构和斜楔夹紧机构。图4.1是方案一；图4.2是方案二。图4.1 铰链杆的夹紧机构图4.2 斜楔夹紧机构方案一和方案二都能实现对工件的夹紧，两种的结构都很简单。但是设计中要求定心、对中夹紧才能保证涂胶的位置准确。方案一中自锁性能差很难保证自锁。并且定位和夹紧这两种作用是在工件被夹紧的过程中同时实现的，夹具上与工件定位基准相接处的元件，既是定位元件，也是夹紧元件。难免会出现误差和偏差相对于所定心或对中的位置。故此我在设计中选择了一个定位基准是固定的，利用斜楔的斜面移动时所产生的压力来夹紧工件。保证定位准确。并且斜楔夹紧机构自锁性能好。4.1.1确定定位方案,设计定位元件此工件是要求在自动生产线上定位夹紧，是用机械手把工件较准确的放在工作台夹具体的正确位置。然后进行自动夹紧。基于这种情况，定位元件有V型块、斜导板、支承钉。V型块以二斜面与工件的外圆面接触起定位作用。工件的定位面是外圆柱面，但其定位基准是外圆轴线。即V型块也起了定心的作用。并且限制了两个自由度。而工件的本身有凸缘与平面的夹具体相接触。起到了平面定位的作用限制了三个自由度。而围绕Z轴旋转的自由度根据设计要求可以不用限制。4.1.2自动夹紧机构的选取 设计中采用了气动夹紧机构对工件进行迅速夹紧。气动原理图见4-3.图4.3 气动原理图1-气源 2-分水滤气器 3-减压阀 4-油雾器 5、9-压力表 6-换向阀 7-调速阀 8-气缸此气动夹紧系统由气源、气缸、油雾器、减压阀、单向阀、换向阀、调速阀、压力表等元件组成。1.油雾器由气源送来的压缩空气，先经雾化器，使雾化器中的润滑油被吸上升雾化而随之进入传动系统，以便利用油雾对传动系统中的运动部件进行充分润滑。2.减压阀将气源送来的压缩空气压力，减至气动夹紧装置所要求的工作压力。3.单向阀主要起安全保护作用。防止气源供气中断或压力突降而使夹紧机构松开。4.换向阀控制压缩空气对气缸的进气和排气。5.调速阀调节压缩空气进入气缸的流量，以控制活塞的移动速度。6.压力表将压缩空气的工作压力转换为活塞的移动，由此推动夹紧机构，实现夹紧动作。气动夹紧具有以下特点：1. 夹紧力基本稳定 因为气源压力可以控制。2. 夹紧动作迅速 气流的速度很快，气动速度也就很快。这就有利于缩短辅助时间。从而提高生产效率。3. 操作省力 利用气动夹紧后，操作只需转动换向阀手柄，而不象手动夹紧那样费时费力，因而大大减轻劳动强度。夹具方案选择及夹紧机构设计4.1.3 夹紧机构的设计设计中采用的是斜楔气动夹紧机构。工件是以底面、侧面和端面在夹具的底面、定位V形块和支承钉上定位的。活塞杆伸出时，与活塞杆连接的斜楔的斜面便沿着斜导板移动，由于斜面的作用使斜楔的直面向工件移动直至夹紧工件为止。当活塞杆退回时，斜楔便退出，实现松夹操作。1.夹紧力的计算斜楔机构夹紧时，斜楔的受力情况见图4.4（a）。图中Q是施加在斜楔上的作用力，J是斜楔受到工件的夹紧反力，F1是斜楔直面（即夹紧工作面）与工件被夹压面的摩擦阻力（等于Jtg），J与F1的合力为P。N是斜导板对斜楔斜面的反作用力，其方向和斜面垂直，F2是斜导板和斜楔间的摩擦阻力（等于Ntg），N与F2的合力为R0斜楔夹紧时，此Q、P、R三力应处于静力平衡，见图4.4。由图可得出（a） (b)图4.4 斜楔的受力情况Q=Jtg(a+)+Jtg (4.1)J= (4.2)式中 J斜楔产生的夹紧力，N Q施加于斜楔上的作用力，N a斜楔倾角 斜楔与工件的摩擦角 斜楔与斜导板间的摩擦角一般取60；为了增加行程a角尽量选择大的a。代入上式得J=595.24 N可见斜楔夹紧机构是增力机构，随着斜角a的减小增力比相应增大，但a角受夹紧行程的影响不能太小，因而其增力相应的受到限制，此外，a角过小还会造成斜楔退不出的问题。2.斜楔自锁条件的计算斜楔夹紧后应能自锁，图4.5表示作用力消失后斜楔保持自锁的情况，当作用力消失后，由于N力的水平分力的影响，斜楔企图按照虚线箭头方向退出，此时系统的摩擦阻力若能克服使斜楔退出的作用力，即能保持自锁状态。摩擦阻力F1和F2的作用力方向应和斜楔移动方向相反。N和F2的合力为R。根据自锁条件并由图4.5得图4.5 斜楔自锁条件的分析F1Rsin（a-） (4.3)但 J=Rcos（a-）， F1= Jtg代入上式得tgtg（a-）a这是保证斜楔夹紧自锁的条件。一般60，则a120。考虑到斜角和斜面平直制造误差等因素，具有自锁性能和尽量较大的行程，斜楔夹紧机构的斜楔角取120。3.夹紧行程的计算由于斜楔的夹紧作用是依靠斜楔的轴向移动来实现，夹紧行程S和相应斜楔轴向移动距离L有如下关系：SLtga (4.4) S2000.2142mm由式可知：要增大斜楔的夹紧行程就应相应增加L或a。增大移动距离L势必要增长斜楔的长度，这就受到结构尺寸的限制；增大a要受自锁条件的限制。因此斜楔的夹紧行程是较小的。4.1.4定位误差分析计算V型是一个定心定位元件，定位外圆柱面时起定心作用。工件的定位面虽然是外圆柱面，但定位基准是外圆轴线。V型块体现的涂胶基准则是V型块理论圆（它的直径尺寸等于工件定位外圆直径的平均尺寸）的轴线。当一批工件外圆在V型块上定位时，由于外圆直径的变化引起定位基准相对于理论圆轴线发生位置变化E如图4.6。图中O是理论圆的中心，其直径等于d的平均尺寸，和分别是外圆直径为和时的圆心位置。由图得 图4.6 V型块定位外圆时的定位误差分析计算= (4.5)若以理论圆圆心为基点，则 (4.6)因为理论圆是一个直径为常量的圆，所以在定位误差分析计算中常常省略它而直接计算出外圆直径为最大和最小时引起的.4.1.5 气动夹紧机构的计算气源压力应考虑供气系统管道的沿程压力损失和局部压力损失,气源压力应高于设备中最高工作压力的20%左右,并以此压力来选空压机.也可以根据气缸的标准型号来确定其使用压力范围.设计中采用国内标准型号的气缸.气缸类型:双作用气缸.表4.1 10Y-1V LB50N800SAY气缸经查表数据缸径最短行程最大行程使用压力范围耐压力使用速度范围50mm37mm800mm0.15-1.0MPa1.5MPa50-500 MPa 双作用气缸输出压力FPU=(0.65-0.4)D2P (4.7)=0.50.00250.2106=250NFPU汽缸输出压力N；D汽缸的内径;P汽缸工作压力PA .同理双作用气缸的拉力FPO=(0.6-0.37) D2P=0.40.00250.2106=200N缸径的计算D=(1.23-1.6) (4.8)=1.5=52.5mm气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚按薄壁公式计算：= (4.9)但是按公式计算出的壁厚通常都很薄，加工比较困难，实际过程中一般都需按照加工工艺要求，适当曾加壁厚。尽量选用标准钢管或铝合金管。选铝合金管，经查表壁厚2.5-3mm。选2.5mm。一般气缸缸筒壁厚与内径之比1/10.此设计中=。故符合要求。在多数情况下活塞杠承受的是推力负载，细长杆件受压易产生弯曲变形，必须考虑压杠稳定性。活塞杠计算长径比L/D10时，一般按强度条件计算活塞杆直径，可按照直杆的抗压强度条件计算公式来计算活塞杆直径：d=1.128 (4.10)L活塞杆的计算长度m；d气缸的活塞杆直径；钢筒材料的许用应力，= ； 缸筒材料抗拉强度Pa ； n安全系数，n=6-8。经查表铝合金抗拉强度157MPa。d1.1283.5mm；所以